三维基因组作为调控基因表达的重要空间结构，此“空间”中的染色质折叠方式和接触方式决定着基因何时、何地被激活。在作物中，不同自交系间普遍存在大量结构变异，这类变异如何影响三维基因组构象，并在杂交后代中重组、进而参与杂种优势形成，一直缺乏系统研究。
张梅研究员团队利用H3K27ac/H3K4me3 HiChIP技术构建了玉米三维基因组图谱，系统解析了不同自交系及其杂交后代的染色质三维互作特征，并揭示了三维结构重组在杂种优势形成中的潜在作用机制。研究发现，B73和Mo17两个自交系中存在大量各自特有的染色质远程相互作用，其特异性相互作用有很大一部分是由基因组结构变异（如大片段的DNA插入/缺失）所驱动的。当一个作为相互作用“锚点”的调控序列在一个自交系中缺失时，另一个“被释放”的“锚点”会寻找新的目标形成新的相互作用，从而可能改变附近基因的调控模式，这类似于在哺乳动物中发现的“增强子释放与重定向”现象。该研究首次在作物中系统证实了这一现象，并说明结构变异能够深刻塑造植物基因组的三维调控网络。在杂交种中，染色质互作不仅整合了双亲的互作模式，还出现了杂交种特有的新互作，许多互作在F1代中显著增强，并且与基因表达升高紧密相关。这表明杂交过程引发的三维结构重建可能促进关键基因的激活，从而为杂种优势的形成提供空间结构基础。值得注意的是，来自父母本的同源染色体，可能在杂交种的体细胞中直接发生物理接触。这种等位基因之间的互动长期缺乏作物层面的证据，而该研究发现这种接触与基因表达上调高度一致，为理解等位基因如何在杂交后代中协同工作提供了新的空间维度解释。进一步分析显示，杂交种中部分等位基因互作的获得或丢失，与附近基因的非加性表达模式密切对应，包括补偿性等位基因偏向表达等现象。这些结果表明，杂交后代中的染色质三维结构并非双亲特征的线性叠加，而是在活跃调控区域发生了广泛的重构，从空间层面推动了表达网络的重新塑造。
该研究成果于11月18日在线发表于国际学术期刊NatureCommunications，中国科学院植物研究所已出站博士后刘涵、工程师马旭旭为该论文的第一作者，北达科他州立大学梁智凯教授、明尼苏达大学Nathan Springer教授和植物所张梅研究员为通讯作者。植物所博士生李泽瑞和已毕业博士生姜思奇，以及北达科他州立大学博士生代伟也参与了该项研究工作。该研究得到了国家自然科学基金青年科学基金等项目的资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65065-8
玉米不同自交系和杂交种中远程染色质互作鉴定，结构变异对其产生影响以及染色体间远程互作分析